Monitorización de racks en tiempo real para una operación más segura del sistema AS/RS.

Antecedentes de la investigación

Con el rápido desarrollo del comercio electrónico y la logística moderna de almacenamiento, Sistema automatizado de almacenamiento y recuperaciónLos sistemas de estanterías de gran tamaño se utilizan ampliamente. Como estructura principal de soporte de carga en un almacén, la seguridad de las estanterías afecta directamente a la seguridad operativa, la estabilidad de los equipos y la eficiencia del almacén.

La deformación, inclinación o colapso de las estanterías puede provocar daños en la carga y graves accidentes laborales. En muchos casos, estos riesgos están relacionados con una desviación excesiva de la verticalidad o nivelación de las estanterías que no se ha detectado ni corregido a tiempo.

La inspección tradicional de estanterías se basa principalmente en comprobaciones manuales periódicas. La inspección manual presenta varias limitaciones, como ciclos de inspección prolongados, altas tasas de error, riesgos de detección fallida, elevados costes laborales y retrasos en la notificación de anomalías.

Por lo tanto, es importante construir un sistema inteligente que pueda monitorear de forma automática, continua y precisa la verticalidad y la nivelación de los racks, activar alarmas cuando se produzcan anomalías y notificar al personal pertinente en tiempo real por correo electrónico y SMS.

Objetivos de la investigación

Diseño general del sistema

El sistema adopta una arquitectura de tres capas: capa de percepción, capa de red y capa de aplicación.

Capa de percepción: Consta de nodos sensores instalados en columnas y vigas clave del bastidor. Cada nodo incluye una IMU MEMS, un microcontrolador de bajo consumo y un módulo de comunicación inalámbrica. Estos nodos recopilan datos de inclinación del bastidor y realizan un preprocesamiento local.

Capa de red: Incluye una puerta de enlace local y conexión a un servidor en la nube. La puerta de enlace recopila datos de los nodos sensores, realiza la conversión de protocolo y los carga a la nube mediante 4G o Ethernet. También admite lógica de alarma local, por lo que las alarmas pueden activarse incluso si la red se interrumpe.

Capa de aplicación: Se implementa en el servidor en la nube. Es responsable del almacenamiento de datos, la gestión de umbrales, la toma de decisiones sobre alarmas y el envío de notificaciones. Los usuarios pueden supervisar el estado del rack, consultar datos históricos y configurar parámetros a través de una interfaz web o una aplicación móvil.

Módulos del sistema principal

El nodo sensor gestiona la adquisición del ángulo de inclinación y el filtrado local a través de MPU6050 y STM32L4.

La puerta de enlace local gestiona la agregación de datos, la conversión de protocolos y las alarmas locales a través de Raspberry Pi 4B y LoRaWAN.

El servidor en la nube admite el almacenamiento de datos, la toma de decisiones en caso de alarmas y la gestión de usuarios mediante Linux, MySQL y Python.

El módulo de notificaciones por correo electrónico utiliza SMTP con cifrado TLS. El módulo de notificaciones por SMS utiliza una API de SMS de terceros. La interfaz de usuario proporciona monitorización en tiempo real y consulta histórica a través de una interfaz web y Vue3.

Adquisición y transmisión de datos

Los nodos sensores recopilan datos IMU sin procesar a 10 Hz. Tras el filtrado de Kalman, los datos del ángulo de inclinación procesados ​​se cargan en la puerta de enlace a 1 Hz.

El marco de datos incluye el ID del nodo, la marca de tiempo, el valor de verticalidad, el valor de nivelación, el nivel de batería y la suma de verificación CRC16. La comunicación LoRa utiliza una topología en estrella, donde cada nodo sensor se comunica directamente con la puerta de enlace.

Tras la agregación de datos, la puerta de enlace envía los datos al servidor en la nube a través de MQTT. El servidor en la nube almacena los datos y activa la evaluación de alarmas en tiempo real.

Mecanismo de notificación de alarma

El sistema admite tres niveles de alarma.

Alarmas de advertencia: Utiliza el estado amarillo y activa las notificaciones push de la aplicación y por correo electrónico. Advertencias de nivel de alarma: Utilice el estado naranja y active la notificación por correo electrónico y SMS. Alarmas graves: Utiliza el estado rojo y activa las notificaciones por correo electrónico, SMS y llamada de voz.

Cuando se activa una alarma, el sistema envía automáticamente información clave como el número de estante, la ubicación en el almacén, el ángulo de inclinación, el nivel de alarma y la marca de tiempo.

Para mejorar la fiabilidad, el sistema también admite mecanismos de reintento, supresión repetida de alarmas y escalada de alarmas. Por ejemplo, si una alarma naranja no se confirma en 15 minutos, puede convertirse en una alarma roja.

Diseño de software

El firmware del nodo sensor está desarrollado sobre la base de FreeRTOS e incluye tareas de adquisición de datos, procesamiento de datos, comunicación, alarma local y gestión de energía.

El servidor en la nube adopta una arquitectura de microservicios, que incluye un servicio de ingesta de datos, un servicio de motor de alarmas, un servicio de notificaciones y un servicio de API.

Los datos de series temporales se almacenan en InfluxDB, mientras que la información del usuario, la información del equipo, los parámetros de configuración y los registros de notificaciones se almacenan en MySQL.

La interfaz de administración web ofrece monitorización en tiempo real, gestión de alarmas, gestión de dispositivos, consulta del historial y configuración de notificaciones. La aplicación móvil es compatible con las principales funciones de monitorización y alarmas en iOS y Android.

Conclusión de la investigación

Este sistema proporciona una solución de detección automática y notificación de alarmas para la verticalidad y la nivelación de los racks.

Mediante la fusión de sensores MEMS IMU y el filtrado de Kalman, el sistema logra una detección de inclinación de racks de alta precisión. La arquitectura de tres capas y la comunicación inalámbrica LoRa permiten una adquisición y transmisión de datos fiables. Una única puerta de enlace puede admitir hasta 64 nodos de monitorización.

El sistema también establece un mecanismo de alarma multinivel, admite notificaciones automáticas por correo electrónico y SMS, y proporciona monitorización en tiempo real a través de interfaces web y móviles.

En las pruebas prácticas de operación de almacén, el sistema demostró un rendimiento estable y confiable. Proporciona una solución técnica eficaz para mejorar la seguridad de las estanterías, reducir los riesgos de inspección manual y respaldar el funcionamiento estable a largo plazo de Sistemas automatizados de almacén.

Preguntas frecuentes